Meyer, Steffen (2001) Einfluss dreidimensional inhomogener Bewölkung auf die reflektierte solare Strahldichte. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, Germany, 70 pp.

Preview

Text SMeyer_Dipl_2001.pdf - Accepted Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (4MB)

Abstract

In dieser Arbeit wird der Einfluss unterschiedlicher Wolkendarstellung im Strahlungstransport auf die an Wolken reflektierte Strahldichte untersucht. Hierzu wurde ein neues 3D Strahlungstransportmodell (SHDOM) am Institut für Meereskunde implementiert. Um den dreidimensionalen (3D) Effekt von Wolken auf das Strahlungsfeld darzustellen, wird der Zusammenhang zwischen reflektierter Strahldichte und Wolkeneigenschaften (z.B. LWP und effektiver Radius) für 3D und horizontal homogenen (IPA) Strahlungstransfer verglichen.

Die 3D Felder des Wolkenflüssigwassergehalts und der effektiven Tröpfchenradien entstammen dem dreidimensional nicht-hydrostatischen Atmosphäremodell GESIMA (Geesthachter Simulationsmodell der Atmosphäre) (Eppel et al., 1995). Zur Berechnung der Strahlungsfelder wird das 3D Strahlungstransportmodell SHDOM ('Spherical Harmonic Discrete Ordinate Method', (Evans, 1998)) verwendet. Der Vergleich wird für eine und 12 verschiedene Wasserwolken mit ungefährer mittlerer optischen Dicke durchgeführt. Betrachtet werden Strahldichten bei einer sichtbaren und einer nah-infrarot Wellenlängen und dem Nadir Beobachtungswinkel.

Die Untersuchung einer konkreten Wolke zeigt bei festem LWP bei 3D Betrachtung, verglichen mit IPA, eine erhöhte Variabilität der reflektierten Strahldichte.

Die Differenz zwischen 3D und IPA reflektierter Strahldichte ist für eine konkrete Wolke stark von dem Wolkentyp abhängig. Bei der Gesamtbetrachtung aller Wolken schwankt der Fehler einer homogenen Betrachtung (IPA) im sichtbaren zwischen -5% - -25% und im nah-infraroten Spektralbereich zwischen -15% - -60%.

Der Zusammenhang zwischen reflektierter Strahldichte und LWP bei inhomogener Bewölkung ist nur bis 50g/m2 eindeutig gegeben. Bei größerem LWP ist kein Unterschied in der reflektierten Strahldichte sichtbar, wodurch für diese Werte keine Fernerkundung des LWP mehr möglich ist.

Die Untersuchung des Zusammenhanges zwischen Strahldichte im nah-infraroten Spektralbereich und effektivem Radius der obersten bewölkten Gitterzelle zeigt, dass keine Rekonstruktion der mikrophysikalischen Eigenschaften der obersten Wolkenschicht möglich ist.

Verändert man die Auflösung des Wolkenfeldes, so hat dies im Mittel keinen großen Einfluss auf die Differenz aus 3D und IPA. Aufgrund möglicher erheblicher Fehler bei lokalen Messungen (bis zu -80%) ist eine hochauflösende Wolkenfernerkundung jedoch nicht möglich.

Die Ableitung eines 'lookup table' aus den Ergebnissen der hier verwendeten Wolken ist derzeit weder für den IPA- noch für den 3D-Fall möglich. Es konnte kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Strahldichten zweier Wellenlängen und optischer Dicke und effektivem Radius gefunden werden. Die typischerweise benutzte bispektrale Wolkenfernerkundung funktioniert also nur bei planparallelen Wolken. Treten zusätzlich vertikal und/oder horizontal unterschiedliche Verteilung des Wolkenflüssigwassergehaltes auf, so liefert diese Methode keine zuverlässigen Ergebnisse.

Actions (login required)

View Item